扩压叶栅流动分离是压气机内部典型的流动现象,采用恰当合理的方式对其进行有效的控制,是改善压气机性能、拓宽压气机工作范围的有效途径。前缘结状凸起的仿生应用受到座头鲸鳍状肢水动力特性方面研究的启发,是一种大有潜力的被动流动控制技术,但在扩压叶栅中的作用效果和流动机理仍缺乏系统、深入的研究。为此,本文基于可控扩散叶型,构建了不考虑端壁效应的“无限长”扩压叶栅和考虑端壁效应的平面叶栅,以数值模拟为主、试验测量为辅开展研究,阐明了前缘结状凸起在扩压叶栅中的流动机理,为凸起在扩压叶栅中的工程应用奠定了基础。本文主要结论如下:(1)凸起关键几何参数、叶栅稠度以及雷诺数对前缘结状凸起作用效果的影响规律如下:凸起在设计攻角工况下叶栅性能改善不明显,在大攻角工况下有利于大幅降低损失,且小波长(4%叶片弦长)和大波幅(3%中弧线长)的凸起作用效果更好,损失降幅达20%。随着稠度增加,由于叶栅抵抗分离能力增强,凸起在更大正攻角工况下开始起作用。随着来流雷诺数增加,由于叶栅流动分离程度更低,凸起最佳作用效果对应的攻角增大。(2)应用涡量输运分析方法,阐明了凸起诱导的对转旋涡产生机理:由速度梯度引起的旋涡变形是对转旋涡的形成原因,其中,波峰后的对转旋涡主要由周向涡量的轴向弯曲与轴向涡量的伸缩引起,波谷后的对转旋涡主要由径向涡量的轴向弯曲引起。(3)对于高负荷、高马赫数扩压叶栅而言,前缘结状凸起诱导产生的对转旋涡具有高频非定常脉动,在大攻角工况下,对转旋涡沿流向发展的过程中向附面层低能流体注入动量,有效延缓流动分离,大幅削弱旋涡脱落运动,最终提高叶栅性能。(4)具有均匀前缘结状凸起的改型叶栅,在大正攻角工况下存在较明显的径向非周期性流动,它由凸起引起的气流扰动和流场固有的动力学不稳定性共同造成。(5)三维扩压叶栅中,在大正攻角工况下,凸起诱导的对转旋涡向扩展至前缘的吸力面分离涡注入动量,使分离区得到大幅缩减,具有明显的降低损失的效果,较小的波长和较大的径向处理范围有利于提高作用效果。